蛋白质的可逆翻译后修饰 (PTM) 在许多细胞过程中发挥着重要作用。赖氨酸巴豆酰化 (Kcr) 是一种新发现的 PTM，但其功能意义仍不清楚。
2022年9月5日，首都师范大学王海龙团队在Nucleic Acids Research（IF=19）在线发表题为“Dynamic switching of crotonylation to ubiquitination of H2A at lysine 119 attenuates transcription–replication conflicts caused by replication stress ”的研究论文，该研究发现 Kcr 参与了复制应激反应。该研究表明组蛋白 H2A 在赖氨酸 119 (H2AK119) 的巴豆酰化和 H2AK119 的泛素化受到复制应激的可逆调节。
SIRT1 对 H2AK119 的去巴甲酰化是随后通过 BMI1 泛素化 H2AK119 的先决条件。泛素化 H2AK119 在反向复制叉处的积累导致 RNA 聚合酶 II 的释放和停滞复制叉附近的转录抑制。这些效应减弱了转录-复制冲突 (TRC) 和与 TRC 相关的 R 环形成和 DNA 双链断裂。总之，这些发现表明H2A 在赖氨酸 119 处的去巴豆酰化和泛素化共同作用以解决复制应激诱导的 TRC 并保护基因组稳定性。
细胞受到持续的外部和内部基因毒性应激，威胁到基因组的稳定性和完整性。为了应对这些损伤，细胞会调用复杂的机制，统称为 DNA 损伤反应 (DDR)，以维持基因组稳定性。DDR是一个协同过程，可以检测和修复DNA损伤，调节细胞周期和转录，决定细胞命运。DDR 中涉及的细胞网络包括许多蛋白质和翻译后修饰 (PTM)，它们以协调的方式工作以抵消各种基因毒性应激。DDR 系统的缺陷可导致易患癌症的遗传综合征，例如共济失调-毛细血管扩张症、Nijmegen断裂综合征和Fanconi贫血。
近年来，高灵敏度质谱 (MS) 帮助鉴定了几种新的组蛋白短链赖氨酸酰化修饰，包括丙酰化、丁酰化、2-羟基异丁酰化、琥珀酰化、丙二酰化、戊二酰化、巴豆酰化、β-羟基丁酰化和乳酸化。这些修饰在烃链长度、疏水性或电荷方面是不同的，但它们在结构上与经过充分研究的赖氨酸乙酰化相似。迄今为止，人们对这些新发现的 PTM 的功能意义知之甚少。大约 10 年前，赖氨酸巴豆酰化 (Kcr) 作为组蛋白的 PTM 首次被发现。随后，揭示了Kcr是一种进化上保守且常见的PTM，在多种生物体的核心组蛋白和一些非组蛋白中都存在。与其他类型的 PTM 类似，Kcr 是一种可逆修饰。经典的组蛋白乙酰转移酶 (HAT)、p300/CBP、PCAF 和 MOF 负责大多数巴豆酰化事件，而组蛋白去乙酰化酶HDAC1/2/3 和 SIRT1/2/3 逆转这些反应。
RNA转录与DNA复制共享相同的DNA模板，因此转录和复制之间的冲突可能是由于催化这两个过程的多酶机器之间的碰撞而发生的。不协调的转录-复制冲突 (TRC) 可能会改变转录过程，产生复制应激，诱导 DNA 复制叉的停滞，并导致 DNA 重组、DNA 断裂和突变。因此，TRC 会导致基因组不稳定性。在 TRC 期间，DNA 复制和转录复合物可以在正面或同向方向上变得更接近。
文章模式图（图源自Nucleic Acids Research ）
人们普遍认为，正面碰撞会导致形成 R 环——包含 DNA-RNA 杂合体的结构——它可以阻止复制并诱导 DNA 损伤和基因组不稳定。在人类基因组中，复制叉通常与转录复合物同向。这种同向偏差允许细胞降低 R 环的生理水平，并避免它们在不受干扰的条件下产生有害影响。在复制应激下，复制叉可能会停止，并且附近的休眠复制源会被激活以挽救停止的复制。在基因活跃表达的区域，复制应激诱导的分叉停滞和起源激发会增加正面 TRC 的水平，并进一步加剧对基因组稳定性的威胁。细胞在复制应激期间协调转录和复制的分子途径和详细机制仍不清楚。
转录和复制都涉及组蛋白修饰，它调节 DNA 的可及性以及相关酶或因子的募集。组蛋白 H2A 是第一个被鉴定的泛素化蛋白质。H2A 在赖氨酸 119 上的单泛素化(H2AK119ub)与转录抑制相关。H2AK119ub 局部发生在紫外线 (UV) 诱导的损伤和 DNA 双链断裂 (DSB) 位点。H2AK119ub 通过从转录模板中去除延伸的 RNA 聚合酶 II (RNA Pol II) 来抑制 DSB 周围区域的转录。迄今为止，尚不清楚 H2AK119ub 是否也参与其他类型的 DDR，例如复制应激诱导的信号通路。
在这项研究中，发现 H2AK119cr 和 H2AK119ub 同时存在于细胞中，并且受到复制应激的可逆调节。H2AK119 的巴豆酰化由 SIRT1 去乙酰酶介导，是随后 BMI1 介导的该位点泛素化的先决条件。在反向复制叉处富集 H2AK119ub 可促进 RNA Pol II 的去除，抑制位于停滞复制叉附近的基因的转录，并减少 R 环和 DSB 的形成。SIRT1 介导的 H2AK119cr 去除和 BMI1 介导的 H2AK119ub 对于在复制应激下解决 TRC 很重要。总之，这些发现表明H2A 在赖氨酸 119 处的去巴豆酰化和泛素化共同作用以解决复制应激诱导的 TRC 并保护基因组稳定性。
https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkac734/6691870
来源：iNature
